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如图2-1和2-2所示,一飞船以绝对速度 V在以太中运动,飞船上有一定向光源,持续射出一光束。显而易见,光束与飞船有唯一确定的相对位置,因为没有加速度和强引力场的影响,光束必须是直的。因此,光束与飞船的相对位置必须是以下两种情况之一:
(1)光束与光子出射方向共线,如图2-1; (2)光束与光子出射方向不共线,如图2-2。 光束是一群光线的组合,我们从中取出一条光线的一小段,并且从粒子性去分析,则光子的速度如图2-3和图2-4所示。 图2-3对应于图2-1,光子有横向分速度V,而V是光源的速度,显然与“光子速度与光源速度无关”相抵触,或者说,它与麦克斯韦电磁场理论不符。 此外,如果图2-1是正确的,将导出光速可超越的结论,狭义相对论亦不攻自破。由图2-3可知,如果光子竖向分速度为C,显然光子合速度已超越光速。如果光子合速度仍为C,将得到一个怪异的结论:光源速度达到光速时,沿竖向出射的光子将沿横向运动。这一结论虽然怪异,好像也无懈可击,没关系,我们换个假设,依然能导出光速可超越的结论。假设定向光源绝对静止时让其发射光子,100s后光束的长度为100光秒,此时让光源以1rad/s的角速度转动,按照图2-1,光束必然随着光源一起转动,转动时光束的长度同时在增加,显然光束前端的光子的线速度将大于100C,远远超越光速。 实际上,光子的产生具有瞬时性。光子一旦产生,其速度与轨迹由介质的性质唯一确定。这与有质量的实物体有本质的区别。比如说从飞机上扔下炮弹,因为惯性,炮弹会“继承”飞机的速度。但光子是不可能“继承”光源速度的,否则光速将随着光源速度而变化。 综合上述,光束与飞船的相对位置满足图2-2,光子的速度如图2-4,光线偏转角为α,因此,对于定向光源,我们得到一个重要的结论:当光源速度与光子出射方向不共线时,光束与光子出射方向不共线。这是一个非常重要的结论,下文的实验以此为基础。
现在我们来定量计算偏转角的值。如图2-5,假设光源在A点开始发出光子,历时t光源运动到B点,第一个光子运动到D点,光子速度与光源速度垂直,AD即为第一个光子的轨迹,则 tanα=AB/AD=vt/ct=v/c
动态光斑实验(以图2-2表示的规律为依据) 地球公转速度约为30km/s,赤道上自转线速度约为0.5km/s,而太阳系绕银河系中心公转速度约为240km/s(折衷值,不同资料数据不一)。假设银河系中心是绝对静止的,显然,在一天的时间内,自转引起的地球上某点的绝对速度变化可以忽略,地球上各点的的绝对速度v约为210—270km/s,其方向大致在黄道面上。
如图3-1,在低纬度地区,沿南北方向固定激光器L,在距离为S处有一固定屏幕F。理论上地球绝对静止时,激光束在屏幕上的光斑在O点,但根据图2-2,以O点为参考点,光斑总是往与v的方向相反的方向偏移。因此,光斑偏移到A点,只要能确定偏移距离R,就能估算地球的绝对速度。
图3-2表示的是一天内光斑的动态变化。从北极往下看,假定开始时,激光束在屏幕上的光斑为A(如果光斑很大,A为光斑的中心),则经过六小时后,屏幕绕地轴转动90O,v保持不变,光斑总是往与v的方向相反的方向偏移,光斑移动到B,此过程光斑轨迹为弧AB,再过六小时,光斑为C,轨迹为弧BC,依此类推,地球自转一周后,光斑轨迹近似为一个圆,如图3-3,测得圆的半径为R。确切地说,光斑轨迹应该是不封闭的椭圆,如图3-4,在一年时间里,椭圆的长轴将不断伸缩,并且在屏幕上转动。
图3-5为计算简图,根据时间关系: R/vsinα=S/(c+vcosα) 或 R/vsinα=S/(c-vcosα) 由于v<<c,所以c+vcosα或c-vcosα约等于c,v=(vsinα)max=cR/S
如果取S=1km,v=210km/s,c=300000km/s,则R=0.7m ; 如果v=270km/s,则R=0.9m
据此,如果银河系中心绝对静止,实验距离S为1km,理论上激光束在屏幕上的光斑将在半长轴为0.7到0.9米的椭圆上运动。
如果银河系中心也存在绝对速度,偏移值可能变大,也可能变小,事实上,本实验将可以同时确定银河系中心的绝对速度。 此实验可以证实以太漂移,证实了以太漂移,其实就从根本上推翻了狭义相对论。早在1887年,旨在检测地球绝对速度(验证以太漂移)的迈克尔逊—莫雷实验被搬上了历史舞台,实验得出零结果,人们否定了以太的存在。狭义相对论就是在这样的背景下诞生的。如果对该实验进行深入审视,我们会发现狭义相对论的光速不变假设和尺缩效应均能独立解释该实验的零结果,可是如果同时承认光速不变假设和尺缩效应,必然得出非零结果。因此,该实验并不能否认以太的存在,如果干涉仪不存在技术性的问题,该实验最多只能作为尺缩效应的实验验证。 上述过程为《验证以太漂移的新方法》一文的核心部分,论文全文详见http://user.qzone.qq.com/1035823041/blog/1219322354> |